İçeriğe atla

Fiziksel buhar biriktirme

Fiziksel Buhar Biriktirme yöntemi ile ilgili bir bilgisayar simülasyonu, bir bakır atomunun, bakır yüzey üzerine katmanlanması.

Fiziksel buhar biriktirme.

PVD (Physical Vapor Deposition) kaplama teknolojisi 1800lü yıllardan beri bilinmekte, ancak son 50 senedir kendisine endüstride bir yer bulabilmiş, ince film kaplama tekniğidir. Günümüze kadar geliştirilen farklı kaplama işlemleri ile uygulanan bu tekniğin mekanizması basitçe şöyledir. Vakumlu ortamda, bir ısıtıcı(rezistans, lazer, elektron bombardımanı vb.) ile buharlaştırılan kaplayıcı malzeme, kaplanacak olan malzeme üzerinde ince bir film katmanı halinde biriktirilir. PVD'nin, Türkçedeki karşılığı “fiziksel buhar biriktirme” olarak tanımlanmıştır. PVD kaplama tekniği; katı haldeki ham maddenin yüksek enerji ile plazma haline getirilerek, kontrollü olarak, kaplanacak malzemenin üzerine yapıştırılması işlemi olarak özetlenebilir. Bilimsel anlamda ilk olarak 19. yüzyıl sonlarında çalışmalara başlanmış, vakum teknolojisindeki gelişmeler ile bu çalışmalar hız kazanmıştır. Özellikle sanayileşmenin artması ile birlikte aşınma dayanımı ciddi anlamda bir ihtiyaç haline gelmiş ve 1960'lı yıllarda günümüzde kullanılan sistemlerin ilk adımları atılmıştır.

PVD kaplama tekniğinde; kaplanacak malzeme yüksek vakumlu bir kabine yerleştirilir ve yüksek enerji ile iyonlaştırılmış ve reaktif gazlarla oluşturulmuş plazma ile kaplanır. Kaplamanın homojen olabilmesi için kaplanacak malzemeye maksimum hareket kazandırılır. [Yarı iletken] endüstrisinin gelişimi ile kendine endüstride yer bulabilen PVD tekniği, günümüzde pek çok farklı alanda kullanılmaktadır. Mikroelektronik, tıp, dekoratif amaçlı, korozyona karşı direnç gerektiren uygulamalar vb. alanlarında kullanılmaktadır. Gittikçe büyüyen pazar payları PVD kaplamanın yaygınlaştığının bir göstergesidir.

1999 yılında PVD sert kaplamaların pazar boyutu, çok büyük bir kısmı kesici takımlar olmak üzere 750 milyon dolar civarında olmuştur. Diğer önemli uygulamalar; şekillendirme takımları, plastik kalıplama takımları, makine parçaları, dişli parçaları ve dekoratif parçalara uygulanan kaplamalardır. Son yirmi yılda pazarın büyüme hızı % 15 olmuştur ve önümüzdeki on yıl içinde de bu seviye kalacaktır. En yüksek büyüme hızı makine ve dişli parçaların kaplamaları için beklenirken, takım kaplamaları için büyüme % 10 olacaktır. Seramik kaplı malzemelerin hitap ettiği temel endüstri sektörleri; güç makineleri, gemi makineleri, kimya endüstrisi, tekstil sanayi, savunma sanayi, makine imalat sanayi, havacılık ve uzay sanayi ve otomotiv endüstrisidir.

CVD'ye göre daha büyük hızı büyümektedir. Metal şekillendirmede (delme, şekillendirme takımları, kalıplar) PVD teknolojisinin uygulanması, CVD'ye göre daha azdır ancak her ikisi de diğer yüzey sertleştirme tekniklerine göre daha başlangıç aşamasındadırlar. Bunun nedeni birbirleriyle fiyat konusunda rekabet edememeleridir. Kaplamalar için hala yer değiştirebilecekleri çok büyük bir kaplamasız pay vardır. Takım pazarında yıllık toplam %3 büyüme tahmin edilirken, takım kaplama endüstrisinde yıllık %10 büyüme beklenmektedir.

Son yirmi yılda sert kaplama teknolojisinde en önemli gelişme sertmetal ve yüksek hız çeliği takımlarının kullanıldığı kesici takım endüstrisinde olmuştur. Sert kaplamalar, endüstriyel olarak etkili tribolojik korunma için bir yüzey modifikasyonudur. Gelişme, kimyasal buhar depozisyonu (CVD) ile başlamış fiziksel buhar depozisyonu (PVD) ve türevleri ile devam etmiştir.

PVD teknolojisinin CVD'ye göre en büyük avantajı sertmetal ve yüksek hız çeliklerinin özelliklerini etkilemeden düşük sıcaklıklarda kaplama yapılabilmesidir. CVD'de gerekli olan yüksek kaplama sıcaklıkları(850-1000 C), normalde çeliklerin temperlenme sıcaklıklarını aşmaktadır, bu nedenle takım çeliklerinde CVD kullanmak imkânsızdır. Sertmetal altlıkların, özellikle tokluk gibi özellikleri sıcaklıklarında süreye bağlı olarak düşmektedir. Diğer yandan PVD teknolojisin kaplama, 200-500 C aralığında gerçekleştirilir. Bu sıcaklık aralığı takım uygulamalarında kullanılan altlıkların özelliklerine etkimez. PVD ile sert metal takım ve belirli kaplama uygulamalarında sıfırdan başlayarak büyümekte olan bir pazar kazanmıştır ve belirli uygulamalarda CVD ile rekabet halindedir. PVD uygulamalarında en geniş olarak kullanılan kaplama TiN katmanlardır. Takım uygulamaları için yeterli sertlikleri, çatlak yayılmasına karşı etkili olan basma-kalıntı gerilmeleri, kaplama-altlık arasında yapışma özellikleri, kesme işlemi esnasında sağladıkları uygun arayüzey geometrileri ve çok ilginç olarak altına benzeyen renkleri, bu kaplamaların her zaman tercih edilmesini sağlamıştır. Ancak sürekli gelişen teknoloji sürekli bir değişimide beraberinde getirmektedir. Bu nedenle takım endüstrisindeki kaplama araştırmalarında TiN kaplamalara alternatif arayışlar devam etmektedir. Geçiş metallerinin oluşturduğu nitrür1er (TiN, TiAlN, CrN, ZrN vb.) halen çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadırlar. NbN kaplamalar da yıllardır elektronik endüstrisinde kullanılmalarına rağmen tribolojik özellikleri yeni fark edilmiştir.

TiN Kaplama yapılmış, delici takım

İnce Film Kaplama Teknikleri:

  • Termal Buharlaştırma Biriktirme
  • Saçtırma Biriktirme
  • Katodik-Ark Biriktirme
  • İyon Kaplama
  • Lazer Biriktirme (PLD)
  • Elektron Demeti (EBPVD)

PVD yöntemi ile yapılan kaplama türleri:

  • TiN: Titanyum Nitrür Kaplamalar
  • NbN: Niobyum nitrür kaplamalar
  • CrN: Krom Nitrür Kaplamalar
  • TiAlN:Titanyum-Alüminyum Nitrür Kaplamalar

Daha fazla bilgi için,

Kaynakça

  • Mattox, Donald M. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing: Film Formation, Adhesion, Surface Preparation and Contamination Control.. Westwood, N.J.: Noyes Publications, 1998. ISBN 0-8155-1422-0.
  • Mattox, Donald M. The Foundations of Vacuum Coating Technology. Norwich, N.Y.: Noyes Publications/William Andrew Pub., 2003. ISBN 0-8155-1495-6.

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Seramik</span> ısı etkisiyle hazırlanan inorganik, metalik olmayan katı

Seramik iyonik veya kovalent bağlara sahip metal ve metal olmayan inorganik bileşik içeren katı bir malzemedir. Yaygın kullanım örnekleri çanak-çömlek, porselen ve tuğladır.

<span class="mw-page-title-main">Molibden</span>

Molibden, periyodik cetvelde atom numarası 42 ve simgesi Mo olan elementtir..

Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element ile birleşmesiyle oluşan homojen karışımıdır. Elde edilen malzeme yine metal karakterli malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Sıcak daldırma galvanizleme</span> demir veya çeliğin erimiş çinko ile kaplanması işlemi

Galvaniz, 450-455 derecedeki erimiş çinkonun içine daldırılan çeliğin kaplanmasına denir. Çinko, demirle kuvvetli bağlar yaparak üçlü bir faz tabakası meydana getirir.

<span class="mw-page-title-main">Termal buharlaştırma biriktirme</span>

PVD kaplama teknikleri arasında en basit olanıdır. Kaplanacak malzeme, herhangi bir şekilde ısı etkisi ile buharlaştırılır ve buharlaşan atomlar, substrat(kaplanan malzeme) üzerinde giderek yoğuşurlar. İşlem 10-5 – 10-6 ton basınçlı vakum ortamında yapılır. Kaplanan malzemeyi buharlaştırmak için çeşitli teknikler vardır bu teknikler; a) Buharlaştırılacak malzemenin, doğrudan konduğu potaya direnç olarak bağlanması, b) İndüksiyon ocağı ile ısıtma, c) Bir elektron tabancası ile elektron ışını bombardımanı, d) Elektrik arkı oluşturulması, e) Lazer ışını uygulanarak ısıtma ile, buharlaştırma işlemi yapılabilir. Bu tekniklerde, doğrudan direnç, indüksiyon, elektron tabancası ile ışın bombardımanı ve vakum ark en önemlileridir. Buharlaştırıcı potaları refrakter metallerden(Mo,W, Ta), oksitlerden(Al2O3,SiO2,M2O, ThO) veya grafitten yapılır. 1700 C’nin üzerindeki sıcaklıklarda, su soğutmalı bakır potalarda kullanılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Saçtırma biriktirme</span>

İnce film kaplamalarda, buhar kaynağı olarak, genellikle saçtırma yöntemi kullanılmaktadır. Diğer yöntemlere göre birçok avantaj sunan bu yöntemde, katı malzeme pozitif iyonlarla bombardıman edilerek, atomlar yüzeyden kopartılır. Kaplanacak olan malzeme, hızlandırılmış iyonlar gibi enerjik parçacıklarla bombardıman edilirse, saçılan atomlar substrat (alttaş) yüzeyinde film tabakası oluştururlar.

<span class="mw-page-title-main">Katodik-ark biriktirme</span>

Katodik-ark biriktirme. Bu yöntemde buharlaştırılacak malzeme (katot) ve vakum çemberinin duvarları arasında düşük voltaj - yüksek akım özelliğine sahip potansiyel uygulanır. Başlangıçta, tetikleme ile kısa devre yapılarak, anot ile katot arasında akım geçişi oluşturulur. Katot yüzeyindeki çok küçük alanlarda sıcaklığı 2500 °C civarında olan ark izi oluşturulur. Bununla beraber, katotun önünde oluşturulan yüksek elektron akışı ile buharlaşan atomların iyonizasyonu sağlanmaktadır. Buharlaştırma işlemi sırasında, kaplama malzemesinin (katot) iyi soğutulmadığı durumlarda, film kalitesini bozan ve droplet adı verilen büyük sıvı kütlelerinin yüzeyden kopması söz konusudur.

<span class="mw-page-title-main">Elektron demetiyle fiziksel buhar biriktirme</span>

Elektron demeti ile fiziksel buhar biriktirme işlemi, anottaki hedef malzemenin, çok yüksek vakum altında, tungsten bir flaman ile elektron bombardımanına tutulması ile gerçekleştirilir. Elektron demeti, hedefteki atomların yüzeyden koparak gaz fazına geçmesini sağlar. Buharlaştırılan bu atomlar, vakum çemberi içindeki her noktaya yapışarak ince bir film oluşmasını sağlarlar.

<span class="mw-page-title-main">Titanyum nitrür</span> güçlü ve aşınması zor bir şey bu yüzden çok üretilen bir şey ve azot bileşimidir

Titanyum nitrür, substratın yüzey özelliklerini iyileştirmek için genellikle titanyum alaşımları, çelik, karbür ve alüminyum bileşenler üzerinde fiziksel buhar biriktirme (PVD) kaplaması olarak kullanılan son derece sert bir seramik malzemedir.

Krom nitrür, CrN formülüne sahip krom ve azotun kimyasal bir bileşiğidir. Çok serttir ve korozyona karşı son derece dayanıklıdır. Azot atomlarının krom kafesteki oktahedral delikleri işgal ettiği bir interstisyel bileşiktir: bu nedenle, kesinlikle bir krom (III) bileşiği değildir ve nitrür iyonları (N3-) içermez. Krom ikinci bir interstisyel nitrür, dikrom nitrür, Cr2N oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">TiAlN</span>

TiAlN filmler özellikle delme uygulamalarındaki kesme performansları sebebiyle tercih edilen kaplamalardır. TiAlN filmlerinin sertlikleri 2100-2300 HV civarındadır ancak delme uygulamalarında kullanılmalarının sebebi Al katkısıyla oksidasyon direncinin artırılmasıdır. TiN kaplamalar 550 C civarında okside olmaya başlarken, TiAlN kaplamalarda bu sıcaklık 800 C’dir. CrN kaplamalarında oksidasyon direnci, TiN kaplamalara göre daha yüksektir. Bunun nedeni koruyucu bir amorf olan Al2O3 filminin oluşmasıdır. Bu kaplamalar ile oluşan yapılar, hedef malzemesinin(katot) kompozisyonuna bağlı olarak değişmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal buhar biriktirme</span>

Kimyasal buhar biriktirme. Von Guerkie, sürtünme ile kıvılcım üreten kükürt topunu, eğlence amaçlı yapması bu prosesin başlangıcı sayılır. Birbirlerine sürterek kıvılcım çıkarmakta ve hidrojensülfat oluşturulmaktaydı. 1798'de Henry, hidrokarbon gazı içerisinde, kıvılcım yaratarak karbon biriktirme yapmayı başardı.

<span class="mw-page-title-main">UV kurutma</span>

UV kurutma işlemi ultraviyole (morötesi) ışınlar ve görünür ışınlar yardımı ile polimer yapıdaki UV Mürekkeplerinin fotokimyasal çapraz reaksiyona girerek kurutulması işlemidir. UV Kurutma işlemi; baskı, kaplama ve dekorasyon alanında anahtar bir üründür. Bu işlem düşük ısılarda, yüksek hızda ve solvent işlemine göre buharlaşma yolu ile değil polimerizasyon tekniği ile kurumaktadır. İlk olarak 1960'larda ortaya çıkan teknoloji, artırılarak birçok üretim endüstrisinde kullanılmaya başlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Plastik film</span>

Plastik film ince bir sürekli polimerik malzemedir.

<span class="mw-page-title-main">Titanyum diborür</span> Mükemmel ısı iletkenliği, oksidasyon kararlılığı ve mekanik erozyona karşı direnç içeren çok sert bir seramik

Titanyum diborür (TiB2), mükemmel ısı iletkenliği, oksidasyon (yükseltgenme) kararlılığı ve mekanik erozyona karşı direnç içeren çok sert bir seramiktir. TiB2 ayrıca makul bir elektrik iletkenidir.

<span class="mw-page-title-main">Çinko oksit</span> kimyasal bileşik

Çinko oksit, ZnO formülü ile gösterilen bir inorganik bileşik. ZnO, suda çözünmeyen beyaz bir tozdur ve yaygın olarak kauçuk, plastik, seramik, cam, çimento, yağlayıcı, boya, merhem, yapıştırıcı, sızdırmazlık maddesi, pigment, yiyecekler, bataryalar, ferritler, yangın geciktiriciler ve ilk yardım bantları gibi kullanım alanlarına sahiptir. Mineral çinkoit, doğal olarak meydana gelmesine rağmen, çoğu çinko oksit sentetik olarak üretilir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrokaplama</span>

Elektrokaplama katı bir alt tabaka üzerinde o metalin katyonlarının doğrudan bir elektrik akımı vasıtasıyla indirgenmesi yoluyla metal kaplama yapan işlemlerin genel adıdır. Kaplanacak kısım elektrolitik hücrenin katodu görevi görür; elektrolit, kaplanacak metal tuzunun çözeltisidir; ve anot genellikle ya o metalin külçesi veya bazı etkisiz iletken malzemelerdir. Akım harici bir güç kaynağı tarafından sağlanır.

<span class="mw-page-title-main">Bor fiber</span>

Bor fiberler, sürekli bir ince filament veya tel üzerine borun depozisyonu ile elde edilen yapısal fiberlerdir. Bor Lifi, temel borun başlıca endüstriyel kullanımını temsil eden amorf katı bir bor ürünüdür. Bor lifi, yüksek mukavemet ve yüksek elastik modülün bir birleşimini gösterir.

Bor nitrür, bor ve nitrojenin termal ve kimyasal olarak refrakter bir bileşiğidir. Karbon kafesine benzer şekilde yapılandırılmış bir izoelektronik olan çeşitli kristal formlarda bulunur. Grafite karşılık gelen altıgen form, BN polimorfları arasında en kararlı ve yumuşak olanıdır ve bu nedenle kozmetik ürünlerde yağlayıcı ve katkı maddesi olarak kullanılır. Elmasa benzer kübik kristal yapı c-BN olarak adlandırılır; elmastan daha yumuşak, ancak termal ve kimyasal kararlılığı üstündür. Nadir wurtzite modifikasyonu, lonsdaleite benzer, ancak kübik formdan biraz daha yumuşaktır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.